基于Mapinfo的GIS系統(tǒng)的設計與實現

1、摘要地理信息系統(tǒng) (Geographic Information System) 是一種基于計算機的工具，它可以對在地球上存在的東西和發(fā)生的事件進行成圖和分析。 GIS 技術把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數據庫操作（例如查詢和統(tǒng)計分析等）集成在一起。這種能力使 GIS與其他信息系統(tǒng)相區(qū)別，從而使其在廣泛的公眾和個人企事業(yè)單位中解釋事件、預測結果、規(guī)劃戰(zhàn)略等中具有實用價值。本設計主要利用Mapinfo制圖軟件以在網上下載到的成都市地圖為依據繪制了成都市電子地圖。最后以Visual C+作為開發(fā)工具，采用MapX控件技術，實現了一個成都市的電子地圖信息查詢系統(tǒng)。主要功能包括放大工

2、具、縮小縮小、箭頭工具、箭頭選取工具、手型工具、信息查詢、面積查詢、距離查詢、鷹眼功能、公交查詢、美食天地等等。 本文第一章對GIS的概念，歷史和發(fā)展現狀進行了分析，同時介紹了國內外GIS的軟件。第二章介紹了數字城市的基本信息，概括了城市GIS系統(tǒng)的需求分析以及一些相關技術。第三章介紹了數字城市的基本信息和基于Mapinfo成都市地圖的實現。最后一章介紹了以Visual C+作為開發(fā)工具，采用MapX控件技術實現GIS信息查詢系統(tǒng)。關鍵詞： 地理信息系統(tǒng)；Mapinfo；MapX。AbstractGIS( Geographic Information System) is a computer

3、-based tool. It can map and analyze the existing things and the occurred incidents in the world. GIS technology integrates the unique visual effect and geographic analysis functions of maps with the general operation of the database (for example, inquiry and statistical analysis, etc) This ability o

4、f GIS make it differentiate from other information systems, thus in a wide range of public and private enterprises and institutions the ability makes GIS have practical value in explaining incidents, forecasting results and making strategies. We drew the map information system of Chengdu making use

5、of Mapinfo and according as the map of Chengdu from internet. Finally, Choosing VC as the developing tools and adopting MapX as the representation for GIS to do the second development, we have implemented the map information system of Chengdu which includes zoom in query, zoom out query，distance que

6、ry, area query, bus query, dinning room query and so on.The main emphasis of the first chapter of our article is the conception, history and development of GIS and introducing the soft of GIS. In the second chapter, we explain basic information of Digital City and recapitulate requirement of GIS. an

7、d in the third chapter, we explain how make the map of Chengdu. in the final chapter, we choose VC as the developing tools and adopt MapX as the representation for GIS to do the second development, we have implemented the map information system of Chengdu.key words : Geographic Information System；Ma

8、pinfo；MapX； 目錄摘要IAbstractII第一章 緒論31.1引言31.2GIS發(fā)展現狀和應用領域31.2.1發(fā)展現狀31.2.2應用現狀31.3GIS系統(tǒng)的發(fā)展趨勢31.3.1組建式GIS(ComGIS)系統(tǒng)31.3.2WebGIS系統(tǒng)31.3.3OpenGIS系統(tǒng)31.3.43D和4D GIS系統(tǒng)31.3.5GIS數據庫管理31.3.6虛擬實現31.4GIS發(fā)展歷史31.5二維GIS與三維GIS31.5.1二維GIS的應用31.5.2三維GIS的應用31.5.3二維與三維GIS的比較31.6GIS軟件介紹31.6.1國內31.6.2國外3第二章 城市GIS系統(tǒng)需求分析32.1可

9、行性分析32.1.1技術可行性分析32.1.2操作可行性分析32.1.3經濟可行性分析32.2系統(tǒng)功能需求分析3第三章 基于Mapinfo的地圖繪制33.1數字城市的概念及應用33.2數字城市的相關技術33.2.1數據的收集處理技術33.2.23S集體集成技術33.2.3空間數據庫技術33.2.4開放式地理信息系統(tǒng)(OpenGIS)技術33.3Mapinfo介紹33.4地圖的獲得33.5圖層中填加數據信息3第四章GIS查詢系統(tǒng)的設計與實現34.1MapX介紹34.2地圖導入34.2.1在C+中導入MapX控件34.2.2初始化MapX控件34.3基本功能34.4距離,面積查詢功能的實現34.4

10、.1MapX中的自定義工具34.4.2距離面積查詢功能實現過程34.5圖層內部查詢功能34.6鷹眼功能34.6.1鷹眼介紹34.6.2實現步驟34.7美食天地的簡單實現34.8公交查詢功能的簡單實現34.8.1迪杰斯特拉算法34.8.2實現的主要過程3結論3致謝3參考文獻3第一章 緒論1.1 引言地理信息系統(tǒng)的定義地理信息系統(tǒng)(GIS)是采集、存儲、管理、檢索、分析和描述整個或部分地球表面與空間地理分布數據的空間信息系統(tǒng)。它是一種能把圖形管理系統(tǒng)和數據管理系統(tǒng)有機地結合起來的信息技術,既管理對象的位置又管理對象的其它屬性,而且位置和其它屬性是自動關聯(lián)的。它最基本的功能是將分散收集到的各種空間、

11、非空間信息輸入到計算機中,建立起有相互聯(lián)系的數據庫。當外界情況發(fā)生變化時,只要更改局部的數據,就可維持數據庫的有效性和現實性。GIS是一種空間數據庫管理系統(tǒng),是一個動態(tài)系統(tǒng),所以不能簡單地把它同地圖數據庫混為一談。目前,GIS帶動的產業(yè)急劇膨脹,已經深入到市政工程、企業(yè)決策、資源管理、交通運輸、醫(yī)療保健、郵電通信、公安急救、市場銷售、金融保險、石油化工、水利電力、環(huán)境保護、旅游、科研、教育等各個方面。1.2 GIS發(fā)展現狀和應用領域1.2.1 發(fā)展現狀GIS技術的創(chuàng)立和發(fā)展,與地理空間信息的表示、處理、分析和應用手段的不斷發(fā)展緊密相連。地理信息系統(tǒng)起源于地圖,它們都是地理信息的載體,具有獲取、

12、存儲、編輯、處理、分析與顯示地理數據的功能。地圖是地理學的第二代語言,而GIS將成為地理學的第三代語言。GIS是在地圖學的基礎上發(fā)展起來的,可分為以下幾個階段:開拓發(fā)展階段。20世紀60年代,由于計算機硬件系統(tǒng)功能較弱,限制了軟件技術的發(fā)展。這一時期的軟件主要是針對當時的主機和外設開發(fā)的,算法粗糙,圖形功能有限。鞏固階段。20世紀70年代,計算機硬件和軟件技術飛速發(fā)展,為空間數據的錄入、存儲、檢索和輸出提供了強有力的手段。用戶屏幕和圖形、圖像卡的發(fā)展增強了人機對話和高質量的圖形顯示功能,促使GIS朝著使用方向迅速發(fā)展。由于這一時期GIS的需求增加,地圖數字化輸入技術有了一定的進展,采用人機交互

13、方式,易于編輯修改,提高了工作效率,并出現了掃描輸入技術系統(tǒng),圖形功能擴展不大,數據管理能力較小。這一時期軟件最重要的進展是人機圖形交互技術的發(fā)展。突破階段。隨著計算機軟件、硬件技術的發(fā)展和普及,GIS也逐漸走向成熟,這一時期是GIS發(fā)展的重要時期。GIS軟件技術在柵格掃描輸入的數據處理、數據存儲和運算方面有了很大的突破。隨著硬件技術的發(fā)展,GIS軟件處理的數據量和復雜程度大大提高,許多軟件技術固化到專用的處理器中,而且遙感影像的自動校正、實體識別、影像增強和專家系統(tǒng)分析軟件也明顯增加。在數據輸出方面,與硬件技術相配合,G1S軟件可支持多種形式的地圖輸出。在地理信息管理方面,除了DBMS技術已

14、經發(fā)展到支持大型地圖數據庫的水平外,專門研制的適合GIS空間關系表達和分析的空間數據庫管理系統(tǒng)也有了很大發(fā)展。社會化階段。進入20世紀90年代,隨著地理信息產業(yè)的建立和數字化信息產品在全世界的普及,GIS已經成為許多機構必備的工作系統(tǒng),尤其是政府決策部門在一定程度上受GIS影響改變了現有機構的運行方式、設置與工作計劃等。而且,社會對GIS的認識普遍提高,需求大幅度增加,從而導致GIS應用的擴大與深化。自20世紀90年代以來,我國GIS步入快速發(fā)展階段。它為國民經濟重大問題提供了分析和決策依據,同時GIS的研究和應用正逐步形成行業(yè),具備了走向產業(yè)化的條件。1.2.2 應用現狀由于GIS是用來管理

15、、分析空間數據的信息系統(tǒng),所以幾乎所有使用空間數據和空間信息的部門都可以應用GIS。目前,GIS系統(tǒng)已經被應用到環(huán)境模型建立、城市規(guī)劃與管理、社會經濟統(tǒng)計與分析、土地管理、地理測繪與管理、交通與管道管理等與空間信息密切相關的各個方面。GIS的主要應用領域有:城市基礎設施管理。城市基礎設施主要是指城市地下管道(包括自來水管道、污水排放管道、煤氣管道等)、城市供電網、通信網絡、郵政網點、道路與交通設施等。由于這些設施同時具有與幾何和空間位置相關的特性,建立基于GIS系統(tǒng)的信息系統(tǒng)能夠提高對這些設施的管理水平,同時還能極大地提高設計與施工、設備維護與故障排除、線路改造等方面的效率,從而產生巨大的經濟

16、效益和社會效益。環(huán)境保護與管理。主要用GIS系統(tǒng)建立環(huán)境模型和環(huán)境信息系統(tǒng),對環(huán)境的變化及發(fā)展趨勢進行預報分析,同時通過統(tǒng)計分析及模擬研究為環(huán)境保護提供決策依據。此外,GIS系統(tǒng)技術也被用來建立植物種類與棲息地及環(huán)境因素有關的信息系統(tǒng)。社會調查與統(tǒng)計分析。GIS系統(tǒng)在國外已被廣泛應用于人口學、選舉、人文地理等方面,我國也開始開展這方面的研究和應用工作。土地信息系統(tǒng)的建立。GIS系統(tǒng)最早是從土地信息系統(tǒng)LIS建立過程中發(fā)展起來的,而大量高質量GIS系統(tǒng)軟件平臺的出現又促進了土地信息系統(tǒng)的建立。目前基于GIS系統(tǒng)軟件平臺的土地信息系統(tǒng),無論是圖形處理、空間分析與統(tǒng)計、屬性信息存儲與查詢、統(tǒng)計報表生

17、成、決策支持等方面都比早期的土地信息系統(tǒng)有較大的改進。在軍事領域中的應用。GIS系統(tǒng)已被廣泛地應用到軍事領域,包括數字化軍事地圖和定位系統(tǒng)、集團軍可視化指揮、模擬訓練等。最典型的范例是美國工程兵地形研究室開發(fā)的三維地形模擬GIS系統(tǒng),已被成功地運用于美軍在世界范圍的導彈制導體系中。1.3 GIS系統(tǒng)的發(fā)展趨勢GIS系統(tǒng)是一門綜合性的技術,也是一種對空間數據進行采集、存儲、更新、分析、輸出等處理的工具,而軟件是GIS系統(tǒng)的核心。GIS軟件體系主要指GIS軟件的組織方式,它依賴于一定的軟件技術基礎,并決定了GIS系統(tǒng)軟件的應用方式、集成效率等許多方面的特點。從發(fā)展歷程看,GIS系統(tǒng)應用軟件技術體系

18、可以劃分為GIS模塊、集成式GIS、模塊化GIS、核心式GIS、組件式GIS和萬維網GIS系統(tǒng)6個階段。隨著計算機和互聯(lián)網技術的發(fā)展以及應用領域的擴展,GIS的應用軟件系統(tǒng)發(fā)展很快,從而構建了各種不同用途和功能的GIS系統(tǒng)。目前以GIS軟件發(fā)展為特征的系統(tǒng)主要呈現以下幾種趨勢。1.3.1 組建式GIS(ComGIS)系統(tǒng)這種新的GIS系統(tǒng)開發(fā)思路是將GIS系統(tǒng)功能分散制作成ActiveXControl和Automation,這些標準的ActiveXControl和Automtion可以被任何支持它們的開發(fā)環(huán)境所調用,以便在原有的或新開發(fā)的信息系統(tǒng)中加入GIS系統(tǒng)功能。組件軟件的可編程和可重用特

19、點為系統(tǒng)開發(fā)商提供了方便的二次開發(fā)手段,將在很大程度上推動GIS軟件的系統(tǒng)集成化和應用大眾化。同時ComGIS也很好地適應了網絡技術的發(fā)展,是一種WebGIS的解決方案。它所涉及的關鍵技術包括各種組件技術的集成、通用性和可移植性的研究,因此利用Chaponents技術更容易建立InternetGIS或IntranetGIS信息系統(tǒng)。1.3.2 WebGIS系統(tǒng)眾所周知,信息高速公路的建立極大地方便了世界各地用戶之間的信息交換與信息查詢。由于GIS系統(tǒng)具有豐富的空間查詢、空間分析及屬性管理功能,因此GIS系統(tǒng)正在成為Internet或Intranet的一個主要內容。隨著Internet技術的不斷

20、發(fā)展和人們對GIS系統(tǒng)的需求,把GIS系統(tǒng)與網絡技術相融合,利用In2ternt在Web上發(fā)布空間數據,為用戶提供空間數據瀏覽、查詢和分析的功能,形成一個網絡化的地理空間集成平臺,已經成為GIS系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。WebGIS系統(tǒng)的概念是Internt技術應用于GIS領域的產物。 GIS系統(tǒng)通過WWW功能得以擴展,真正成為一種大眾使用的工具。通過WWW的任意一個節(jié)點,Internet用戶就可以測覽WebGIS系統(tǒng)站點的空間數據、制作專題圖,以及進行各種空間檢索和空間分析,從而使GIS系統(tǒng)進入千家萬戶。1.3.3 OpenGIS系統(tǒng)目前,一種多用戶、跨平臺的OpenGIS技術正在被國外的許多研究

21、機構、政府部門和高等院校研究和開發(fā)利用。開放型GIS系統(tǒng)的研究和應用使各政府部門及企業(yè)之間不同格式的數據能夠方便地互訪,有利于建立網絡GIS系統(tǒng)及分布式GIS系統(tǒng)空間數據庫,大大拓寬GIS系統(tǒng)的應用領域及其功能。1.3.4 3D和4D GIS系統(tǒng)由于地球以及各種物體都是以三維空間的形式存在的,因此目前二維GIS系統(tǒng)技術或H維半(平面x,y坐標加高程)GIS系統(tǒng)對于完整描述地球上的對象就有一定限制。需要用三維空間來描述的應用領域有如下幾方面:氣象學、地質學、采礦學、石油勘探與開發(fā)、CAD/CAM、醫(yī)學影像和機器人學等。一個三維GIS系統(tǒng)空間信息系統(tǒng)應該能夠模擬、表示、管理、分析與三維實體相關的信

22、息,并提供決策支持。因此,如何設計并運用4DGIS來描述、處理地理對象的時態(tài)特征也是一個重要研究領域。它所涉及的關鍵技術是:3Dand4D的建模技術,數據模型的研究,海量數據的存貯、管理、訪問,顯示空間索引技術,三維顯示技術與科學計算可視化技術的集成,面向對象的空間數據庫的研究,面向對象的空間數據庫與三維實時顯示技術的集成。1.3.5 GIS數據庫管理新型的GIS系統(tǒng)空間數據庫管理系統(tǒng)這是建立大型GIS系統(tǒng)空間數據庫的新方法。GIS系統(tǒng)一般由兩個部分組成:一是應用程序,它包括專門的GIS系統(tǒng)應用軟件以及用標準或非標準程序語言開發(fā)的用戶界面及系統(tǒng)工具;一是數據。在GIS系統(tǒng)中,空間數據庫的建立是

23、一項非常復雜的工作,目前大多數GIS系統(tǒng)在處理空間數據和屬性數據時都是將兩者分開存放和管理,比如在Mapinfo系統(tǒng)中用.Map文件來存放幾何和空間數據,而用.Dat文件來存放空間實體的屬性數據;又如在ArcView系統(tǒng)中用.Shp文件來存放幾何和空間數據,而用DBF數據庫文件來存放屬性數據。上述數據管理和存放方式對于小型的GIS系統(tǒng)有一定的優(yōu)越性,但對建立以面向對象為基礎的大型GIS系統(tǒng)來說存在很多缺陷。因此,現在已出現一些新型的GIS空間數據庫管理系統(tǒng),這些新的系統(tǒng)將空間數據與屬性數據存放在同一個數據庫管理系統(tǒng)中。如Oracle開發(fā)的SDO和ESRI開發(fā)SDE(SpatialDataEng

24、ine)都屬于這種類型的空間數據庫系統(tǒng)。空間數據倉庫(SpatialDataWarehouse)空間數據量非常大,而且數據大都分散在政府、私人機構、公司的各個部門,數據的管理與使用就變得非常復雜,但這些空間數據又具有極大的科學價值和經濟價值,因此大多數發(fā)達國家都比較重視空間數據倉庫的建立工作,許多研究機構和政府部門參與到空間數據倉庫建立的研究工作中。目前,在北美、歐洲、澳大利亞等國提出了(國家)空間數據基礎設施(SDI)或NSDI的概念。國際上對地理空間數據基礎設施建設十分重視,我國國家測繪局也積極地推進SDI的建設工作,并提出了規(guī)劃模式,部分內容已經在實施當中。1.3.6 虛擬實現虛擬現實(

25、VR)是目前GIS系統(tǒng)研究領域的另一重要方向。虛擬現實是對人類真實世界某一部分或某一過程的逼真模擬,給人提供視覺、聽覺、觸覺、力覺、嗅覺等信息,令人完全置身于虛擬世界中,感受與現實系統(tǒng)一致或接近,從而讓人產生一種雖幻猶真的沉浸感。美國MultiGen公司生產的MultiGen軟件已可以利用地理信息中心的數字地形海拔數據(DTED)、數字文化特征數據(DFAD)和與之配套的航空或衛(wèi)星照片,快速、高效地構造任何地區(qū)的地形地貌和文化特征。1.4 GIS發(fā)展歷史我國GIS的發(fā)展雖然較晚,經歷了4個階段,即起步(1970-1980)，準備(1980-1985)，發(fā)展(1985-1995)，產業(yè)化(199

26、6以后)階段，GIS已經在許多部門和領域得到應用，并引起了政府部門的高度重視。從應用方面看，地理信息系統(tǒng)已在資源開發(fā)、環(huán)境保護、城市規(guī)化建設、土地管理、農作物調查和結產、交通、能源、通訊,地圖測繪、林業(yè)、房地產開發(fā)、自然災害的檢測和評估、金融、保險、石頭與天然氣、軍事、犯罪分析、運輸與導航、110報警系統(tǒng)公共汽車調度等方面得到了具體應用。國內外已有城市測繪地理信息系統(tǒng)或測繪數據庫正在進行或建設中。一批信息軟件已研制開發(fā)成功(如GeoStar,CityStar,MapGIS等)，一批高等院校已設立了一些與GIS有關的專業(yè)或學科，一批關門從事GIS產業(yè)活動的高新技術產業(yè)相繼成立。此外，還成立了”中

27、國GIS協(xié)會”和”中國GPS技術應用協(xié)會”等。我國地理信息系統(tǒng)方面的工作自80年代初開始。以1980年中國科學院遙感應用研究所成立全國第一個地理信息系統(tǒng)研究室為編制，在幾年的起步發(fā)展階段中，我國地理信息系統(tǒng)在理論探索、硬件配置、軟件研制、規(guī)范制定、區(qū)域試驗研究、局部系統(tǒng)建立、初步應用試驗和技術隊伍培養(yǎng)等方面都取得了進步，積累了經驗，為在全國范圍內展開地理信息系統(tǒng)的研究和應用奠定了基礎。在國外，GIS是六十年代中期開始發(fā)展起來的新技術。它最初為解決地理問題而起，至今已成為一門設計測繪科學、環(huán)境科學、計算機技術等多學科的交叉學科。1963年加拿大測量學家R.F Tomlinson首先提出了地理信息

28、系統(tǒng)這一術語。并建成世界上第一個GID(加拿大地理信息系統(tǒng)CGIS)。并用于自然資源的管理和規(guī)劃。不久，美國哈佛大學提出了較完整的系統(tǒng)軟件SYMAO。這可算是GIS的起步。進入70年代以后，由于計算機軟硬件水平的提高，促使GIS朝著實用方向迅速發(fā)展，一些經濟發(fā)達國家先后建立了許多專業(yè)性的GIS，在自然資源管理和規(guī)劃方面發(fā)揮了重大的作用。如，從1970年到1976年，美國國家地質調查局就建成50多個信息系統(tǒng)。其他國家如加拿大、德國、瑞典和日本等國相繼發(fā)展了自己的GIS。80年代后興起的計算機網絡技術使地理信息的傳輸實效得到了極大的提高，他的應用從基礎信息管理與規(guī)劃轉向更復雜的實際應用，成為輔助決

29、策的工具，并促使了地理信息產業(yè)的形成。到1995年，市場上有報價的軟件以達上千種，并且涌現出了一些有代表性的GIS軟件。1.5 二維GIS與三維GIS1.5.1 二維GIS的應用目前，二維GIS主要在以下幾個方面有著較深入的應用：1專題地圖制圖。如地形測量、人口、社會經濟指標統(tǒng)計圖等；2礦產資源評價。應用于地質制圖、工程地質、地質災害、品位估算與預測等；3環(huán)境評價與監(jiān)測。環(huán)境影響指數評價、灌溉適宜性指數評價、污染指數評價等；4土地、水資源調查與管理。土地管理、道路設計、文物保護、水質評價等；5資源開采。主要完成生產圖形的繪制與修改，開采技術參數的評價與預測，基礎數據的管理等；6管網，交通模擬模

30、型。煤氣管道、污水管道、輸電線路、鐵路、公路的網絡模擬研究；7導航系統(tǒng)?？罩泄苤?、海圖制作等；8城市規(guī)劃。居民點、商業(yè)網點、道路的設計、各種管網工程的管理與設計等。1.5.2 三維GIS的應用目前，三維GIS主要在以下幾個方面有著較為深入的應用：1城市規(guī)劃與管理空間規(guī)劃是GIS的一個重要領域，城市規(guī)劃與管理是其中的主要內容。例如，在大規(guī)模城市基礎設施建設中如何保證綠地的比例和合理分布，如何保證學校、公共設施、運動場所、服務設施占地面積的合理分配問題。2生態(tài)、環(huán)境管理與模擬區(qū)域生態(tài)規(guī)劃、環(huán)境現狀評價、環(huán)境影響評價、環(huán)境危害后果的三維模擬、環(huán)保設施的管理、環(huán)境規(guī)劃等。3基礎設施管理城市的地下基礎設

31、施（電信、自來水、道路交通、天然氣管線、排污設施、電力設施等）廣泛分布于城市的各個角落，而且這些設施明顯具有地理參照特征。通過對這些基礎設施進行三維建模，可以更加直觀的對這些基礎設施進行分析和管理。4網絡分析建立交通網絡，地下管線網絡等的計算機模型。研究交通流量，制定交通規(guī)則都可以很好的應用三維GIS。三維GIS還可以應用于警務和醫(yī)療救護的路徑優(yōu)選，車輛導航等。5可視化的應用以數字地面模型為基礎，可以建立城市、區(qū)域、大型建筑工程、著名風景名勝區(qū)的三維可視化模型，實現多角度瀏覽。這種三維可視化模型可廣泛應用于城市宣傳、區(qū)域規(guī)劃、大型工程管理和仿真、旅游等領域。1.5.3 二維與三維GIS的比較世

32、界的本原是處在三維空間的，二維GIS將現實世界簡化為平面上二維投影的概念模型決定了它在描述三維空間現象上的無能為力。二維GIS的不足之處具體表現在以下四個方面：1二維GIS是基于符號的系統(tǒng)，不能給人以自然界的本原感受；2用二維GIS表達許多起伏地形表面的物體時，作了一些近似假設，并經過了投影變換，與真實情況有一定的差異；3二維GIS只能處理平面上X，Y軸上的信息，不能處理Z軸方向上的信息。它通常是將Z軸投影到二維平面上進行處理，因此對于同一（X,Y）位置的多個Z值難以表達。這就造成它對Z軸方向上兩個或兩個以上的采樣值或界面無法處理，無法進行切制剖面、三維查詢、三維分析等真三維操作，使得礦山、地

33、質、環(huán)境、海洋、城市、氣象等眾多領域的三維原始數據不能得到充分的利用，三維信息處理受到嚴重的制約，使GIS在這些領域的應用受到很大的限制；4雖然二維GIS可以用數字高程模型來處理空間實體的高程坐標，但是由于它們無法建立空間實體的三維拓撲關系，使得很多的真三維操作難以實現。通過對二維GIS的分析可以看出，隨著GIS應用的深入，人們越來越需要用三維GIS來分析和處理問題，在采礦、地質、石油等領域這種需求尤其迫切。三維GIS具有對空間對象進行三維空間分析和操作的能力。與二維GIS相比，三維GIS對客觀世界的表達能給人以更真實的感受。它不僅能夠描述和表達對象之間的空間位置和平面關系，而且能夠表達它們之

34、間的垂向關系。1.6 GIS軟件介紹1.6.1 國內1MapGISMapGIS是中國地質大學開發(fā)的地理信息系統(tǒng)軟件，其功能模塊包括：1）數據輸入模塊：提供了各種的空間數據輸入手段，包括數字化儀輸入，掃描矢量化輸入以及GPS輸入。2）數據處理模塊：可以對點、線、多邊形等多種矢量數據進行處理，包括修改編輯、錯誤檢查、投影變換等功能。3）數據輸出：可以將編排好的圖形顯示到屏幕或者輸出到指定設備上，也可以生成PostScript或EPS文件。4）數據轉換：提供了MapGIS與其它系統(tǒng)之間數據轉換的功能。5）數據庫管理：實現了對空間和屬性數據庫管理和維護。6）空間分析：提供了包括DTM分析、空間疊加分析

35、、網絡分析等一系列空間分析功能。7）圖像處理：圖像配準鑲嵌以及處理分析模塊。8）電子沙盤系統(tǒng)：實時生成地形三維曲面。9）數字高程模型：可以根據離散高程點或者等高線插值生成網格化的DEM，并進行相應的分析，如剖面分析、遮蔽角計算等等。2GeoStarCeoStar（吉奧之星）是武漢測繪科技大學開發(fā)的、面向大型數據管理的地理信息系統(tǒng)軟件，其功能模塊包括： 1） GeoStar：是整個系統(tǒng)的基本模塊，提供的功能包括空間數據管理、數據采集、圖形編輯、空間查詢分析、專題制圖和符號設計、元數據管理等，從而支持從數據錄入到制圖輸出的整個GIS工作流程。2）GeoGrid ：數字地形模型和數字正射影像的處理、

36、分析模塊。3）GeoTIN：利用離散高程點建立TIN，進而插值得到DEM，并進行相關分析運算和三維曲面生成。4）GeoImager：可以進行遙感圖像的處理和影象制圖。5）GeoImageDB：可以建立多尺度的遙感影象數據庫系統(tǒng)。6）GeoSurf：利用Java實現的因特網空間信息發(fā)布系統(tǒng)。7）GeoScan：圖像掃描矢量化模塊，支持符號識別。3CitystarCitystar（城市之星）地理信息系統(tǒng)軟件由北京大學開發(fā)研制，是一個面向桌面應用的GIS平臺，其具體模塊包括：1）Citystar編輯模塊：矢量數據的錄入、編輯。2）Citystar查詢分析模塊：矢量柵格綜合的空間數據管理、查詢、分析模

37、塊，提供了多種空間模型運算。3）Citystar制圖模塊：提供了地圖的整飾輸出以及符號制作功能，同時也可以制作影象地圖。4）Citystar掃描矢量化模塊：提供了線狀圖形掃描、細化、跟蹤并矢量化的一系列操作，適用于地形圖等高線的錄入。5）Citystar可視開發(fā)模塊：包括OCX控件，使用戶可以進行二次開發(fā)。該模塊提供了一個平臺，包裝控件的功能，便于用戶使用，同時實現了多源數據的管理和查詢，使用戶可以方便的構造應用。6）Citystar遙感圖像處理模塊：提供了從遙感圖像糾正到增強、變換、分類以提取專題信息整個流程的功能。7）Citystar數字地形模塊：等值線、離散點插值生成DEM，并基于DEM

38、進行各種分析。8）Citystar三維模塊：基于DEM的三維曲面生成和查詢分析。9）Citystar GPS模塊：GPS數據的接收、顯示和分析。1.6.2 國外1ESRI產品系列ESRI公司（Environmental Systems Research Institute Inc.）于1969 年成立于美國加利福尼亞州的Redlands市，公司主要從事GIS工具軟件的開發(fā)和GIS數據生產。ESRI的產品中，最主要的是運行于UNIX/Windows NT平臺上的ArcInfo，它由兩部分組成：Workstation ArcInfo和Desktop ArcInfo。1）Workstation Ar

39、cInfo基于拓撲數據模型，實現了圖庫（Map Library）的管理，并且具有了柵格數據的分析功能，支持柵格矢量一體化查詢和疊加顯示。此外，ArcInfo 還提供了二次開發(fā)語言AML以及開放開發(fā)環(huán)境ODE，以便于用戶定制自己的GIS應用。Workstation ArcInfo提供了最基本的GIS功能，包括數據錄入和編輯、投影變換、制圖輸出、查詢分析及其分析功能（緩沖區(qū)分析、疊加復合分析等等）。除了上述基本功能以外，Workstation ArcInfo還通過一些擴展模塊實現特定的專門功能：TIN：基于不規(guī)則三角網的地表模型生成、顯示和分析模塊，可以根據等高線、高程點、地形線生成DEM，并進行

40、通視、剖面、填挖方計算等。GRID：柵格分析處理模塊，可以對柵格數據進行輸入、編輯、顯示、分析、輸出，其分析模型包括基于柵格的市場分析、走廊分析、擴散模型等。NETWORK：網絡分析模塊，提供了最短路徑選擇、資源分配、轄區(qū)規(guī)劃、網絡流量等功能，可以應用于交通、市政、電力等領域的管理和規(guī)劃。ARCSCAN：掃描矢量化模塊。ARCSTORM：基于客戶機/服務器機制建立的數據庫管理模塊，可以管理大量的圖庫數據。COGO：側重于處理一些空間要素的幾何關系，用于數字測量和工程制圖。ArcPress：圖形輸出模塊，可以將制圖數據轉換成為PostScript格式，并可分色制版。ArcSDE：SDE指空間數據

41、引擎（Spatial Database Engine），它是一個連續(xù)的空間數據模型，通過它可以將空間數據加入到關系數據庫管理系統(tǒng)中去，并基于客戶機/服務器機制提供了對數據進行操作的訪問接口，支持多用戶、事物處理和版本管理。用戶可以以ArcSDE作為服務器，定制開發(fā)具體的應用系統(tǒng)。2）Desktop ArcInfo包括三個應用：Arc Map、Arc Catalog和Arc Toolbox。Arc Map實現了地圖數據的顯示、查詢和分析；Arc Catalog用于基于元數據的定位、瀏覽和管理空間數據；Arc Toolbox是由常用數據分析處理功能組成的工具箱。3）ArcView GIS是ESRI

42、的桌面GIS系統(tǒng)，它以工程為中心，實現了對地圖數據、結構化的屬性數據、統(tǒng)計圖、地圖圖面配置、開發(fā)語言等多種文檔的管理。除了提供腳本語言Avenue使用戶可以定制系統(tǒng)以外，ArcView還以“插件”的形式提供了一些擴展模塊，包括：Spatial Analyst：柵格數據的建模分析；Network Analyst：網絡分析；ArcPress：制圖輸出；3D Analyst：利用DEM實現三維透視圖的生成；Image Analyst：影像分析處理；Tracking Analyst：通過直接接收、回放實時數據，實現對GPS的支持。4）MapObjects是一組供應用開發(fā)人員使用的GIS功能OCX（OL

43、E Custom Control）控件，用戶可以采用其它的支持OCX的開發(fā)平臺，如Visual Basic，Delphi等，集成MapObjects，建立具體的應用系統(tǒng)。5）ArcFM，支持公共設施規(guī)劃、管理和服務的模塊。6）Internet Map Server(IMS)，實現了因特網上地理數據發(fā)布功能。2Mapinfo產品系列MapInfo公司于1986年成立于美國特洛伊(Troy)市，成立以來，該公司一直致力于提供先進的數據可視化、信息地圖化技術，其軟件代表是桌面地圖信息系統(tǒng)軟件MapInfo。1）MapInfo Professional是MapInfo公司主要的軟件產品，它支持多種本地

44、或者遠程數據庫，較好地實現了數據可視化，生成各種專題地圖。此外還能夠進行一些空間查詢和空間分析運算，如緩沖區(qū)等等，并通過動態(tài)圖層支持GPS數據。2）MapBasic是為在Mapinfo平臺上開發(fā)用戶定制程序的編程語言，它使用與BASIC語言一致的函數和語句，便于用戶掌握。通過MapBasic進行二次開發(fā)，能夠擴展MapInfo功能，并與其它應用系統(tǒng)集成。3）MapInfo ProServer是應用于網絡環(huán)境下的地圖應用服務器，它使得MapInfo Professional運行于服務器端，并能夠響應用戶的操作請求；而客戶端可以使用任何標準的Web瀏覽器。由于在服務器上可以運行多個MapInfo

45、Professional實例，以滿足用戶的服務請求，從而節(jié)省了投資。4）MapInfo MapX是MapInfo提供的OCX控件。5）MapInfo MapXtrem是基于Internet/Extranet的地圖應用服務器，它可以用于幫助配置企業(yè)的Internet。6）SpatialWare是在對象關系數據庫環(huán)境下基于SQL進行空間查詢和分析的空間信息管理系統(tǒng)，在SpatialWare中，支持簡單的空間對象，從而支持空間查詢，并能產生新的幾何對象。在實際應用中，一般使用SpatialWare作為數據服務器，而MapInfo Professional作為客戶端，可以提高系統(tǒng)開發(fā)效率。7）Vert

46、ical Mapper提供了基于網格的數據分析工具。第二章 城市GIS系統(tǒng)需求分析需求分析工作是系統(tǒng)設計的出發(fā)點和依據。概括地說需求分析就是要根據出行人員的具體需求情況，明確需要什么樣的查詢系統(tǒng)，需要什么樣的功能和性能，為什么需要，以及各種需求的緊迫程度如何。只有需求明確了，按需求建立起來的線路查詢系統(tǒng)才能達到預期的目標，取得預定的效果。2.1 可行性分析2.1.1 技術可行性分析本系統(tǒng)采用Mapinfo軟件制作成都市地圖，分為背景，三環(huán)路，主要道路，次要干道等圖層，各圖層內有相關的數據信息。最后以Visual C+作為開發(fā)工具，采用MAPX控件技術實現GIS查詢系統(tǒng)。其中主要包括公交路線查詢

47、和成都美食查詢。本系統(tǒng)在技術上是絕對可行的。而且該系統(tǒng)對于操作環(huán)境的要求不高，現在普遍使用的計算機都可以運行該系統(tǒng)。2.1.2 操作可行性分析本系統(tǒng)界面簡潔明了，操作容易，用戶只要懂得初步的計算機操作即可。2.1.3 經濟可行性分析從成本上看來，開發(fā)及維護系統(tǒng)所需的計算機、網絡等硬件設備，網絡等通信費用，軟件支持等基本上都是現有的。所以在經濟角度來看，本軟件是絕對可行的。2.2 系統(tǒng)功能需求分析功能描述經過進一步的調研、討論對該系統(tǒng)的需求做如下的簡述：1. 利用Mapinfo軟件做出地圖，并將該地圖嵌入到界面中；2實現基本地圖操作與功能，放大、縮小、選擇、鷹眼等功能；3. 實現信息查詢功能，包

48、括距離查詢，面積查詢，圖層內信息查詢等；4. 實現公交路線查詢，輸入起始地圖，地圖上將顯示兩點間的路線；5. 實現成都美食查詢, 輸入某個地方附近要找的美食種類，（比如川菜，東北菜等）地圖上將顯示具體位置。第三章 基于Mapinfo的地圖繪制3.1 數字城市的概念及應用數字城市就是信息化、現代化城市，不僅包括數字經濟、數字社會、數字生活和數字政府、數字企業(yè)、數字社區(qū)、數字家庭等，還包括數字地籍、數字規(guī)劃、數字水利、數字交通、數字電力、數字通訊、數字旅游、數字生態(tài)、數字抗災、數字商務和數字金融等的數字化。數字城市就是人類夢寐以求的理想生活環(huán)境。 世紀之交，各個國家和地區(qū)都將信息化建設作為提高自身

49、競爭力的重要戰(zhàn)略措施，數字地球、數字城市等新概念的出現，預示著國家和城市信息化建設的競爭即將進入一個更為激烈的階段。數字城市通過寬帶多媒體信息網絡、地理信息系統(tǒng)等基礎設施平臺,整合城市信息資源,建立電子政務、電子商務、勞動社會保障等信息系統(tǒng)和信息化社區(qū),實現全市國民經濟和社會信息化。數字城市是當前的熱門話題，作為戈爾的“數字地球”概念的引伸，它引起了各級政府以及相關行業(yè)的關注。在城市的各種基礎設施建設中，事故時有發(fā)生。城市交通、土地、水資源、能源、災害管理和決策的水平急需改善和提高。這就要求運用數字城市和GIS技術建立一個規(guī)范的城市規(guī)劃系統(tǒng)，來更完整、更準確、更全面的把握城市及其周邊環(huán)境的動態(tài)

50、空間特征。城市化是社會經濟發(fā)展的必然趨勢，它將給社會發(fā)展帶來新的機遇，從而提高我國的綜合國力和現代化水平。但城市化的同時也將帶來一系列的問題，如空間布局混亂、人口膨脹、環(huán)境危機、資源危機、耕地浪費、交通堵塞、災害加劇和人居質量惡化等。為了緩解這些危機，必須及時準確地掌握相應的空間信息。發(fā)展小城鎮(zhèn)是我國經濟社會發(fā)展的一個大戰(zhàn)略，是實現城市化的必由之路。諸如小城鎮(zhèn)交通網絡與內部道路配置、給水排水系統(tǒng)規(guī)劃、供熱供燃氣規(guī)劃、環(huán)衛(wèi)設施與生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃、防災減災規(guī)劃、土地與水資源合理利用等都急需包括GIS 技術在內的高科技的支撐。發(fā)展城市住宅產業(yè)是當前的一大熱點。隨著住房制度改革的深入，城市住宅產業(yè)將有

51、大的發(fā)展。在社區(qū)和住宅的規(guī)劃設計、建設以及住宅營銷和物業(yè)管理等方面住宅產業(yè)信息化的需求十分旺盛?；诔鞘锌臻g信息的服務，一方面可為企業(yè)提供信息服務，以提高它們在市場經濟條件下的應變能力，公安、消防、金融、保險、通訊等城市特殊行業(yè)對地理信息服務的潛在需求不可低估。另一方面則是為社會公眾提供開放性的資訊服務，從而改善和提高人們的生活質量與效率 4 。3.2 數字城市的相關技術3.2.1 數據的收集處理技術數字城市的實現首先得有大量、及時地有關城市的地理、人文、環(huán)境數據。大量的人造地球衛(wèi)星組成的對地觀測系統(tǒng)為我們及時獲取數據奠定了基礎，同時我們也需要從其他方式獲取我們感興趣的事物信息。因此，數字城市

52、應采用全智能化的數據收集處理技術。3.2.2 3S集體集成技術全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）是建立數學城市的三大支撐技術。而3S集成技術具有自動、實時地采集、處理和更新數據的功能，而且能夠智能式地分析和運用數據，為各種應用提供科學的決策咨詢，并回答用戶可能提出的各種復雜問題。3.2.3 空間數據庫技術數據倉庫技術是20世紀90年代信息技術的熱點，它是面向主題的、集成的、具有時間序列特征的數據集合，用以支持管理中的決策制定過程。它是地球數據的集合、支持管理的、決策過程的、面向主題的、集成的隨時間而變化的、持久的具有空間坐標的地球數據。要實現數字城市，必須綜合整個城市

53、的信息，而這些信息包括矢量數據、DEM數據、影像數據，這些數據都將是海量的，而要把這些數據綜合利用起來，進行空間分析和決策，必須建立空間數據倉庫。3.2.4 開放式地理信息系統(tǒng)(OpenGIS)技術開放式地理信息系統(tǒng)（OpenGIS）是實現城市內部各部門之間以及不同城市之間信息互相操作與查詢的基礎，OpenGIS規(guī)定了未來的地理數據和地學空間信息處理技術的集成方法。OpenGIS具有互操作性、可擴展性、技術公開性、可移植性、兼容性、可實現性、協(xié)同性等特點。133.3 Mapinfo介紹MapInfo公司于1986年成立于美國特洛伊(Troy)市，成立以來，該公司一直致力于提供先進的數據可視化、

54、信息地圖化技術，其軟件代表是桌面地圖信息系統(tǒng)軟件MapInfo。MapInfo Professional是MapInfo公司主要的軟件產品，它支持多種本地或者遠程數據庫，較好地實現了數據可視化，生成各種專題地圖。此外還能夠進行一些空間查詢和空間分析運算，如緩沖區(qū)等等，并通過動態(tài)圖層支持GPS數據。3.4 地圖的獲得地圖中主要涉及了成都餐飲和公交路線等信息，精度不高。首先要找到成都地圖做參考，在某GIS論壇找到地圖如圖3-1圖3-2所示。圖 3-1 成都市市區(qū)邊界圖的刪格文件圖3-2 成都市市區(qū)地圖（1）把圖3-1存成柵格文件；（2）調入Mapinfo中，設置為透明方式；（3）再新建一個圖層，以

55、圖3-1和圖3-2為依據繪制各個圖層；（4）利用鼠標繪制圖層，主要包括背景，成都餐飲，成都飲食主要干道，次要干道路，地名，公交路，三環(huán)路，河流，鐵路。其中以背景圖層和成都飲食圖層為例。背景圖層如圖3-3所示。圖3-3 用Mapinfo打開的背景圖層 成都飲食圖層如圖3-4所示。圖 3-4 用Mapinfo打開的成都飲食圖層同時還通過衛(wèi)星圖特別繪制了交大老校區(qū)圖層。交大圖層如圖3-5所示。圖3-5 交大圖層圖層信息如圖3-6所示。圖3-6 該電子地圖系統(tǒng)的圖層信息然后在MapX中進行配置，最終得到的矢量圖效果如圖3-7所示。圖 3-7通過屏幕數字化得到的成都市矢量地圖3.5 圖層中填加數據信息以

56、成都飲食圖層為例介紹在圖層中填加數據信息。1 在圖層控制選項中選擇可編輯如圖3-8所示。圖3-8 Mapinfo圖層控制2在維護菜單中選擇表結構，填加數據信息項，如圖3-9所示。圖3-9 Mapinfo表結構2在右邊操作窗口選擇信息項在繪制的點中填加數據信息，如圖3-10所示。圖3-10 數據填加菜單第四章GIS查詢系統(tǒng)的設計與實現一個城市的電子地圖就是這個城市的縮影，本章主要以MapX作為二次開發(fā)工具，利用Visual C+實現了一個成都市市區(qū)的電子地圖應用系統(tǒng)。主要工程如下：1基本的地圖操作與功能：放大、縮小、選擇、測量距離、面積測量，鷹眼，精確查找；2查詢功能：美食查詢，公交路線查詢；3分析功能：最短路徑分析。4.1 MapX介紹MapInfo MapX是一個用來做地圖化的OCX控件，它可以在應用程序中加入強大的制圖功能。可以把數據用地圖的形式顯示出來，使數據更易于理解